1. 引言
新疆东准噶尔卡拉麦里蛇绿岩带位于中亚造山带的南部(图1(a))，是中亚构造框架中的一个重要单元 [1] [2]。自上世纪80年代提出以来，一直是东准噶尔研究的热点与焦点问题，因此卡拉麦里蛇绿岩带长期以来受到广大地质工作者的重视 [1] - [12]。许多学者在此处进行了多学科综合研究，并取得了一系列重大成果 [1] - [20]，但是由于其复杂的地壳组成和构造特征，经历了不同构造活动和各种后期改造过程，使卡拉麦里蛇绿岩带在构造演化过程等科学问题长期存在较大差异 [21]。前人基于不同的科学验证方法得到不同构造学的观点，对于卡拉麦里蛇绿岩带的形成和闭合有着不同的认识 [5] - [10] [13] [14] [15] [16] [22]，并未达成共识。
前人对于该区古洋盆的演化，多集中于卡拉麦里蛇绿岩带的年代学研究。近几年，新疆地质调查院在卡拉麦里地区开展了多幅1/5万和1/25万的地质填图工作。有了对于此处蛇绿岩带在沉积方面的新进展，因此本人选择通过对蛇绿岩带两侧志留系–石炭系地层的岩石组合、结构构造、接触关系以及古生物化石等方面的研究，旨在探明其沉积特征和构造背景，相对于以往多关注于此区域内蛇绿岩，本文从一个新的角度确定卡拉麦里蛇绿岩带两侧早古生代地层的演化情况，以此确定卡拉麦里蛇绿岩带代表的古洋盆的闭合时代。
Figure 1. Simplified tectonic geological map and regional geological sketch map (modified from BGMRXUAR, 1993)
图1. 新疆东准噶尔卡拉麦里构造带地质简图(据新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993年修改)
2. 区域地质特征
中亚造山带被广泛认为是在显生宙期间由大量的增生构造和年轻地壳产生所形成 [23] - [31]，作为世界上最大的造山带之一，CAOB保留了大量关于俯冲–增生和岩浆弧活动的宝贵信息 [32]，从而为我们探索增生造山带以及大陆形成过程提供了一个途径和窗口。卡拉麦里断裂带位于中亚造山带南部；地理位置位于新疆东北部，在准噶尔盆地的东北缘，是中亚造山带的重要构造单元(图1(a))。此构造带位于新疆东部准噶尔盆地边缘的滴水泉地区，由此处向西被准噶尔盆地沙漠所盖，向东南呈280˚方向横穿卡拉麦里–红柳沟蛇绿岩带，延伸约至莫钦乌拉山脉南侧，并进一步向东延伸入蒙古境内，是由一系列断裂及挤压破碎带和侵入体组成的韧性和脆性变形带混杂交织的较为复杂的构造带(图1(b))。
Figure 2. Geological sketch of the area on the both side of the Karamaili ophiolite belt
图2. 卡拉麦里蛇绿岩带两侧区域地质简图
研究区位于上述构造带的卡拉麦里蛇绿岩带的两侧(图1)。区域内沉积概况：中–晚奥陶系荒草坡群是区域内目前发现的最古老的地层，出现在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房地区(图2(a))，为一套中酸性安山质火山熔岩，主要是安山玢岩、凝灰岩组成，与下上志留统不整合接触。上志留统在南北两侧均存在，分别为北侧考克赛尔盖组和南侧白山包组，为一套火山碎屑岩和碳酸盐岩为主的地层(图2(a)，图2(b))。泥盆系在南北侧均分布较广(图2(a)，图2(b))，发育完好且连续沉积，下泥盆统为一套富含钙质的碎屑岩。在北侧，上部与中泥盆统乌鲁苏巴斯套组整合过渡，其下多处不整合覆盖在中–上奥陶统荒草坡群和加里东中期花岗岩之上(图2(a))。中泥盆统乌鲁苏巴斯套组主要由岩屑砂岩、凝灰岩、凝灰质砂岩及生物碎屑灰岩组成。上泥盆统克安库都克组以一套火山碎屑岩夹陆源碎屑岩沉积为整合接触。且在泥盆系地层中发现大量的动植物化石，对沉积学的研究帮助甚大。在南侧则为一套连续沉积的火山碎屑岩层，整合接触且连续沉积。石炭系分布最广泛，南北两侧均大量出现。北侧下石炭统黑山头组、姜巴斯套组主要为一套碎屑岩及火山碎屑岩(图2(a))，岩性为粉砂岩、凝灰质砂岩。南侧下石炭统塔木岗组和巴塔玛依内山组出现，为一套火山岩，包含安山岩、玄武岩等(图2(b))。
3. 北侧沉积体系及不整合面
3.1. 北侧沉积体系
1) 上志留统考克赛尔盖组(S3k)，底部为一层数米–数十米的底砾岩层，不整合在中–上奥陶统之上，表层出露大量的破碎的灰白色火山碎屑岩夹泥质粉砂岩，其中包含了大量海百合化石碎屑、珊瑚化石、腕足类化石等。
2) 泥盆系地层比较复杂，自下而上，包含四个组(图3)，分别为下泥盆统塔黑尔巴斯套组(D1t)、卓木巴斯套组该组(D1zh)、中泥盆统乌鲁苏巴斯套组(D2w)和上泥盆统克安库都克组(D3k)。在地层层序上，塔黑尔巴斯套组与下伏上志留统考克赛尔盖组整合接触与上覆卓木巴斯套组以连续沉积接触，塔黑尔巴斯套组岩石组分主要为紫色、杂色砂岩、凝灰质砂岩、凝灰岩夹灰岩为主为一套红色碎屑岩及火山碎屑岩夹碳酸盐岩沉积，并富含壳相生物化石。卓木巴斯套组主要为泥质砂岩夹含砾粗砂岩，以及紫红色的泥质粗砂岩互层，并伴有小型斜层理、包卷层理等等。在古生物方面卓木巴斯套组产极为丰富的腕足类化石。中泥盆统乌鲁苏巴斯套组的岩石组分主要由岩屑砂岩、长石岩屑砂岩、凝灰质砂岩夹凝灰岩、凝灰质粉砂岩、火山碎屑岩、生物碎屑灰岩组成。目前发现比较多的化石有珊瑚、腕足类及海百合茎。其中主要以珊瑚化石为主。上泥盆统克安库都克组岩性特征为一套陆相的火山质凝灰岩、凝灰质砾岩夹陆源的碎屑沉积物，在古生物方面有数量极多的植物化石。
Figure 3. Devonian sedimentary on the north side
图3. 北侧泥盆系沉积剖面图
3) 下石炭统黑山头组(C1h)与下伏地层上泥盆统克安库都克组呈断层接触(图4)，与上覆地层中石炭统姜巴斯套组(C1j)呈不整合接触。黑山头组岩性组分特征为一套过渡类型，由含砾砂岩–凝灰质砂岩–凝灰质粉砂岩–泥岩过渡类型，区域出现大量火山质碎屑岩动植物化石，门类众多。
Figure 4. Lower Carboniferous sedimentary on the north side
图4. 北侧下石炭统剖面图
综上所述：在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房区域内，自下而上，从上志留统考克赛尔盖组至下石炭统黑山头组为连续沉积，沉积物主要以火山碎屑岩为主(图5)，并含有大量的动植物化石，从沉积物的整体颗粒粒度自下而上逐渐变粗–细–粗，古生物化石表现为腕足类、珊瑚、海百合茎化(图5(e)~(h))，新地层多为植物化石，由此可以得出此地是先海进再海退的沉积序列，沉积相表现为浅海–滨浅海–陆相沉积相结构。
Figure 5. Sedimentary characteristics on the north side of Karamaili. (a) Upper Silurian sandstone and siltstone interbedded; (b) Middle Devonian stratigraphic integration contact; (c) Upper Devonian tuffaceous sandstone; (d) Lower Carboniferous volcanic clastic rock layer; (e)~(h) Paleontological fossils
图5. 卡拉麦里北侧沉积特征。(a) 上志留统砂岩、粉砂岩互层；(b) 中泥盆统地层整合接触；(c) 上泥盆统凝灰质砂岩；(d) 下石炭系火山碎屑岩层；(e)~(h) 古生物化石
3.2. 北侧不整合接触关系
1) 上志留统考克赛尔盖组与下伏地层中–上志留统荒草坡群之间的角度不整合主要分布在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房区域的塔黑尔巴斯套组以东的区域，界限清晰可见，是一套上志留统的底砾岩(图6)。
底砾岩下伏地层中–上志留统荒草坡群主要为一套以火山爆发相的粗火山碎屑岩为主要特征，向上碎屑逐渐减少，下部主要以安山岩类为主，上部英安斑岩逐渐增多。上覆地层上志留统考克赛尔盖组主要为一套火山碎屑岩，底部为一层数米–数十米的底砾岩层，在底砾岩之上存在大量厚度不均的灰岩岩层，其中包含了大量海百合化石碎屑、珊瑚化石、腕足类化石等。
紫红色、灰绿色的上志留统考克赛尔盖组底砾岩，底砾岩岩层厚度约为2~12米左右，在风化面为紫红色为主，块状构造，砾石结构，砾石颗粒分选一般，大小不一，自数厘米至数十厘米不等，个别砾石达到1~2米。砾石的磨圆度一般，主要为半棱角状及滚圆状，砾石成分主要由下伏中–上奥陶统荒草坡群的岩石组分，多为下伏的安山质火山岩、火山凝灰岩及少量硅质岩为主，胶结物为砂质碎屑岩。底砾岩靠近不整合接触面的岩石变为黄色、浅黄色，可能为风化作用的结果。
这层底砾岩盖在不均匀的不整合面上，其下伏地层产状为210˚∠50˚，205˚∠57˚等，上覆地层产状为：2˚∠62˚，320˚∠40˚等(图6)。
Figure 6. The angular unconformity between the Upper Silurian and the Middle-Upper Ordovician
图6. 上志留统考克赛尔盖组与中–上奥陶统荒草坡群角度不整合
2) 下泥盆统与中–上奥陶统荒草坡群之间的角度不整合主要分布在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房区域的乌鲁苏巴斯套组以南的区域，界限清晰可见，上覆地层不整合覆盖在下伏地层之上，底部为一套下泥盆统的底砾岩层(图7)。
Figure 7. Angular unconformity of the Lower Devonian and Middle-Upper
图7. 下泥盆统与中–上奥陶统荒草坡群角度不整合
角度不整合面交界处下伏地层为中–上奥陶统荒草坡群主要以一套以火山爆发相的粗火山碎屑岩为主要特征，向上碎屑逐渐减少，下部主要以安山岩类为主，上部英安斑岩逐渐增多。上覆地层为下泥盆统地层，以一套红色碎屑岩及火山碎屑岩夹碳酸盐岩沉积及泥质砂岩夹含砾粗砂岩和紫红色的泥质粗砂岩互层，并富含壳相生物化石。在靠近不整合面的地方出现黄色的砂岩、岩屑砂岩层。
紫红色的泥盆统底砾岩岩层厚度约为1~5米左右，覆盖在凹凸不平的不整合面上，或者充填在不整合面的缝隙之中，在风化面为紫红色、灰黑色为主，块状构造，砾石结构，砾石颗粒分选一般，大小不一，自数厘米至数十厘米不等，个别砾石达到1~2米。砾石的磨圆度一般，主要为半棱角状及滚圆状，砾石成分主要由下伏中–上奥陶统荒草坡群的岩石组分，多为下伏的安山岩为主，砂质碎屑胶结。底砾岩靠近不整合接触面的岩石变为黄绿色。
这层底砾岩盖在不均匀的不整合面上，其上覆地层产状为：125˚∠5˚，120˚∠40˚等(图7)。
3) 下泥盆统与加里东期花岗岩之间的角度不整合主要分布在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房地区的卓木巴斯套组以北的区域，界限分两种情况，一种清晰可见，花岗岩巨砾岩和砾岩直接不整合覆盖在下伏花岗岩层之上。还有一种接触关系不易辨认，花岗岩碎屑沉积，与下伏花岗岩层极为相似，难以辨认(图8)。
角度不整合交界处的下伏地层主要为花岗岩体，肉红色巨型花岗岩体在不整合面的下方堆积，不整合面上方为下泥盆统岩层，主要为一套，以一套红色碎屑岩及火山碎屑岩夹碳酸盐岩沉积及泥质砂岩夹含砾粗砂岩和紫红色的泥质粗砂岩互层，并富含壳相生物化石，在此处出露地层为生物碎屑灰岩层，产大量海百合、腕足类以及珊瑚化石。不整合面处的胶结物为上覆地层下泥盆统的组分，为凝灰质砂岩，花岗岩砾石与凝灰质砂岩混合组成了不整合面为花岗质砂砾岩。并且此花岗岩体侵入到中–上奥陶统荒草坡群中并与下泥盆统不整合接触。
采样此处花岗岩体进行锆石U-Pb测年，得到年龄为：439.4 ± 2.7 [33]。上覆下泥盆统地层产状：356˚∠20˚，10˚∠30˚等。
Figure 8. The angular unconformity of the Lower Devonian and Caledonian granites
图8. 下泥盆统与加里东期花岗岩角度不整合
4) 下石炭统维宪阶姜巴斯套组与杜内阶黑山头组之间的角度不整合主要分布在卡拉麦里蛇绿岩带北侧纸房地区的乌鲁苏巴斯套组以北的区域，界限清晰可见，上覆地层不整合覆盖在下伏地层之上，底部为一套姜巴斯套组的底砾岩层(图9)。
角度不整合面的接触下伏地层杜内阶黑山头组岩性组分特征为一套过渡类型，由含砾砂岩–凝灰质砂岩–凝灰质粉砂岩–泥岩过渡类型，区域出现大量火山质碎屑岩动植物化石，门类众多。上覆维宪阶姜巴斯套组岩石组合为一套灰黑色凝灰粉砂质泥岩、凝灰质细砂岩、凝灰岩的不均匀互层。且动植物化石也丰富，已发现的门类包括了腕足类、腹足类、头足类、珊瑚、瓣鳃类、鱼类、苔藓、海百合茎及植物等九个门类的化石。
Figure 9. The angular unconformity between the Lower Carboniferous
图9. 下石炭统内维宪阶姜巴斯套组与杜内阶黑山头组角度不整合
黄褐色、灰黑色的下石炭统姜巴斯套组的底砾岩岩层厚度变化很大，其厚度约为数十厘米到数十米不等，覆盖在清晰的不整合面上，在风化面为灰黑色、褐色为主，块状构造，砾石结构，砾石颗粒分选很差，大小不一，自数厘米至数米不等，个别砾石达到1~5米。砾石的磨圆度很好，主要为滚圆状至滚圆状，砾石成分主要由下伏杜内阶黑山头组的岩石组分，多为下伏地层的凝灰岩、晶屑砂岩和砂质泥岩为主，砂泥质胶结。
这层底砾岩盖在均匀的不整合面上，其下伏地层产状为50˚∠35˚等。上覆地层产状为：5˚∠55˚等。
4. 南侧沉积体系及不整合面
4.1. 南侧沉积体系
1) 南侧相对于北侧比较简单，沉积地层由中志留统白山包组(S2b)开始至下石炭统塔木岗组均为整合接触，连续沉积(图10)。本组岩性组分特征为一套陆源的碎屑岩和火山碎屑岩，在古生物方面与北侧不同的是，在中志留统白山包组内发现数量巨大的图瓦贝化石Tuvoella gigantean sp.
2) 上志留统–下泥盆统红柳沟群组(S3D1H)的本组地层组分特征为一套灰绿色、紫红色薄–中厚层灰岩、碎屑灰岩、凝灰砂岩、钙质砂岩、细砂岩、粉砂岩夹灰岩透镜体、凝灰岩和硅质泥岩以及硅质岩组成的沉积地层(图10)。仅发现了少量图瓦贝化石和一些放射虫化石。
Figure 10. Middle Silurian-Lower Devonian strata section on the south side
图10. 南侧中志留–下泥盆统剖面图
3) 泥盆系在此区域内分为卡拉麦里一段(Dk1)和卡拉麦里二段(Dk2)为一套滨海–滨浅海相陆源碎屑建造，主要为长石岩屑砂岩、粉砂岩、泥岩、硅质泥岩和凝灰岩的组合并夹有透镜体结构；向上慢慢过渡为砾岩、岩屑砂岩、凝灰岩和泥质粉砂岩(图11)。
4) 下石炭统杜内阶塔木岗组(C1t)，以一套滨–浅海相粗碎屑岩为主，具体有岩屑砂岩、粉砂岩夹砾岩、英安岩、安山岩、凝灰岩等。在下石炭统巴塔玛依内山组内发现少量植物化石(图12)。
Figure 12. Lower Carboniferous strata on the south side
图12. 南侧下石炭统剖面图
综上所述：在卡拉麦里蛇绿岩带的南侧奇台北区域内，地层由最老的中志留白山包组至下石炭统杜内阶塔木岗组之间均为连续沉积，沉积物颗粒粒度自下而上表现为逐渐由粗变细在变粗的情况，因此，在南侧区域内，仍表现为水体由深变浅的活成，沉积相变现为浅海–滨浅海相–陆相沉积相结构。
4.2. 南侧不整合接触关系
下泥石炭统维宪阶巴塔玛依内山组与杜内阶塔木岗之间的角度不整合主要分布在卡拉麦里蛇绿岩带南侧奇台北区域实测踏勘剖面的东南区域，界限相对模糊，上覆地层不整合覆盖在下伏地层之上(图14)。角度不整合面的接触下伏地层杜内阶塔木岗以一套滨–浅海相粗碎屑岩为主，风化面呈灰色、灰黑色。具体有岩屑砂岩、粉砂岩夹砾岩、英安岩、安山岩、凝灰岩等，在期间出现小型褶皱。上覆地层维宪阶巴塔玛依内山组，该组岩石组分简单，为一套多次喷发的火山岩，主要成分为块状玄武岩和安山岩，没有明显产状，且在其沉积物中发现有植物化石，表明其为陆相喷发(图13)。
下伏杜内阶塔木岗地层产状：20˚∠56˚，40˚∠85˚等。上覆地层为火山岩体，无明显产状。
Figure 13. Sedimentary characteristics on the south side of Karamaili. (a) Silurian sandstone and conglomerate interbeds; (b) Devonian sandstone and siltstone interbeds; (c) Upper sand and mudstone interbeds; (d) Gravel bands; (e) Conglomerate layers; (f) Carboniferous volcanic rocks; (g)~(h) Paleontology fossil
图13. 南侧下石炭统剖面图。(a) 志留系砂岩砾岩岩互层；(b) 泥盆系砂岩粉砂岩互层；(c) 上砂泥岩互层；(d) 砾石条带；(e) 砾岩层；(f) 石炭系火山岩；(g)~(h) 古生物化石
Figure 14. The angular unconformity between the Lower Carboniferous
图14. 下泥石炭统内维宪阶巴塔玛依内山组与杜内阶塔木岗角度不整合
5. 讨论
5.1. 卡拉麦里蛇绿岩带古生代地层间整合接触的意义
在卡拉麦里蛇绿岩带南北两侧的古生代地层中各时代地层之间的接触关系大多为整合接触(图15)。在北侧为：上志留统考克赛尔盖组与下泥盆统之间为整合接触；下泥盆统内塔黑尔巴斯套组与卓木巴斯套组之间为整合接触；下泥盆统与中泥盆统乌鲁苏巴斯套组之间为整合接触；中泥盆统乌鲁苏巴斯套组与上泥盆统克安库都克组之间为整合接触；克安库都克组与下石炭黑山头组之间也为整合接触。南侧为：中志留白山包组与上志留–下泥盆统红柳沟组间为整合接触；红柳沟组与泥盆系之间为整合接触；在泥盆系地层内部卡拉麦里上亚组与下亚组之间连续沉积无间断；泥盆系地层与下石炭统塔木岗组之间为整合接触。由上述可以清楚得知，在卡拉麦里蛇绿岩带南北两侧志留–石炭系地层内之间均为整合接触 [34] [35] [36] [37] [38]。构造产状平缓，大型褶皱、断裂和变质作用均无发育。自下而上变化相同，均为逐渐由粗变细再变粗，可以确定此区域为先海进再海退的沉积序列。
5.2. 卡拉麦里蛇绿岩带古生代地层间不整合接触的意义
在卡拉麦里蛇绿岩带南北两侧古生代地层中存在的不整合接触，即上志留统考克赛尔盖组、下泥盆统与奥陶系荒草坡群之间的角度不整合；下泥盆统与加里东期花岗岩之间的角度不整合；下石炭统内维宪阶姜巴斯套组与杜内阶黑山头组之间的角度不整合；下石炭统内杜内阶塔木岗组与维宪阶巴塔玛依内山组之间的角度不整合(图15)。是研究研究区内地质发展历史和鉴定地壳运动特征的重要依据。
Figure 15. Paleozoic stratigraphic column diagram on both sides of the Karamaili ophiolite belt
图15. 卡拉麦里蛇绿岩带两侧古生代地层柱状图
由上所述，综合大地构造区域构造样式对比和构造环境的讨论，本文推测在卡拉麦里蛇绿岩带北侧早古生代的区域性不整合构造对应的是卡拉麦里古生代洋盆的闭合(陆–陆碰撞造山事件)。东准噶尔区域和西伯利亚古陆连接为一体，进而使得仅存在于西伯利亚古陆的图瓦贝动物群可以穿越西伯利亚的边缘，因此在卡拉麦里南侧区域的地层内发现图瓦贝化石。在这之后，卡拉麦里地区进入到残余海盆阶段，在卡拉麦里蛇绿岩带的两侧还存在两套明显的不整合，即北侧下石炭统内维宪阶姜巴斯套组不整合覆盖在杜内阶黑山头组之上；南侧下石炭统内维宪阶巴塔玛依内山组不整合覆盖在杜内阶塔木岗组之上。我们推测与之相对应的则是发生在晚泥盆–早石炭世，在古亚洲区域西伯利亚古陆与冈瓦纳古陆之间以及古亚洲洋内的各个陆块间发生的碰撞挤压造山作用 [20]，也就是古亚洲域早–中华力西造山作用 [39]，在该区内造成研究区域挤压抬升，形成陆内造山，进而残余海盆退出研究区，卡拉麦里蛇绿岩带彻底闭合。
6. 结论
1) 两侧地层由最老的志留系至下石炭系之间均为整合接触，连续沉积，沉积物粒度表现为由粗变细再变粗的特征，表现为先海进再海退的沉积环境，此研究区的沉积相表现为：浅海–滨浅海–陆相。
2) 在卡拉麦里蛇绿岩带南北两侧地区的古生代地层中，由底至顶，广泛存在几组下角度不整合。卡拉麦里蛇绿岩带北侧早古生代的区域性不整合构造对应的是卡拉麦里古生代洋盆的闭合，陆–陆碰撞造山事件。下石炭统内的不整合则对应早–中华力西造山作用，使得研究区域挤压抬升，形成陆内造山，进而残余海盆退出研究区，卡拉麦里蛇绿岩带彻底闭合。